Изготовление шарниров для диагоналей

Ответить
denziko
Сообщения: 63
Зарегистрирован: 05 сен 2018, 14:49

Изготовление шарниров для диагоналей

Сообщение denziko » 28 июн 2019, 10:13

Изготовление шарниров для диагоналей дельта принтера. Без люфтов, фишая и магнитов.
(c) Gleb [gd3d]

Привет всем любителям 3д печати!
В этой статье я хотел бы поделиться своим способом изготовления шарниров для крепления диагоналей дельта принтера на примере моего Anycubic Kossel Linear Plus.
Данным принтером я владею около 8 месяцев, и за это время успел многое заменить и усовершенствовать. Всем известно, что дельта принтеры очень капризны к механической составляющей, иными словами, крайне требовательны к жесткости конструкции и отсутствию люфтов во всех соединениях.

Поэтому вопрос выбора способа крепления диагоналей к эффектору и кареткам стоит очень остро. Стоковые шарниры типа «рыбий глаз» уже порядком надоели люфтами, спустя пару месяцев печати я обнаружил люфт с амплитудой в пару мм практически у каждого шарнира. За эти 8 месяцев я два раза подбивал их по способу, описанному в этой статье. Это действительно спасало от люфтов, правда всего примерно на месяц-полтора. Покупать новые "фишаи" каждый раз - может влететь в копеечку, да и не факт, что хотя бы 70% придут без люфтов.

Я долго изучал форумы и еще давно наткнулся на магнитные шаровые крепления, по началу загорелся и даже заказал на Алиэкспресс набор шариков и магнитов за около 250-300 рублей. Понятно, что за такие деньги качество не идеальное и сила удержания шарика магнитом весьма не велика. Получил и отложил для лучших времен. Изучив вопрос глубже, выяснил у коллег в нашей группе дельтанутых дельтоводов в Telegram, что существуют и магниты гораздо сильнее с силой удержания почти 2кг каждый, однако стоимость (12 пар магнитов и шариков) будет в районе 2500 - 3000 руб. даже с учетом купонов на Али, что я посчитал нецелесообразным к покупке. К тому же, в дальнейшем по многочисленным отзывам я выяснил, что магнитные крепления ненадежные, на больших скоростях печати могут вылетать, соединения изнашиваются.

Стянув пары диагоналей пружинами между собой, я немного успокоился, но, тем не менее, продолжил поиск новых способов. И вот не так давно, в той же группе я наткнулся на эту картинку и очень вдохновился таким способом крепления:
01.jpg
01.jpg (182.71 КБ) 96 просмотров
Если я правильно понимаю, это вариант шарнирных соединений принтера Rostock. Мне он показался идеальным и способным на жизнь, к тому же простота конструкции, дешевизна изготовления, удобство и быстросъемность просто не оставили шанса не попробовать.
Думаю принцип такого соединения вполне понятен: диагонали удерживаются шариками в пазах, которые в свою очередь стянуты пружинами.

Из своих идей я добавил имеющиеся у меня металлические шарики вместо пластиковых, которые, как мне казалось, должны обеспечить меньшее трение, нежели соединение пластиковый шарик – пластиковый паз. Сквозной круглый вырез в пазе решил не делать. Сначала я собрал проект в программе Fusion360: сделал модель шарнира для печати на принтере, который имеет следующие характеристики: паз для шарика диаметром 10.2 мм, шарик погружается на половину своего диаметра, т.е. на 5 мм. 0.2 мм я добавил как поправочное значение для 3д печати.
02.jpg
02.jpg (93.45 КБ) 96 просмотров
Я поторопился напечатать вторую ревизию креплений и сразу принялся за дело. Печатал из PETG noname производителя при температуре 230, с шириной слоя 0.4мм, высотой 0.16мм и со 100% заполнением. Напечатанное крепление с предварительно нанесенным слоем эпоксидного клея вставляется в 200мм-карбоновую трубку, набор которых у меня уже имелся (заказывал здесь ) с внутренним диаметром 4 мм, с внешним 6 мм.
Необходимо выровнять пазы шариков по одной плоскости, для этого я просто положил конструкцию с начиненными напечатанными деталями на стол и придавил в 4 местах. Эпоксидный клей начинает схватываться уже через минут 30, а через 12 часов сушки уже были готовые диагонали:
03.jpg
03.jpg (5.32 МБ) 96 просмотров
Длина от центра положения шарика в пазе до соприкосновения с трубкой равна 21 мм. С учетом длины трубки 200 мм, с двумя шарнирами на концах значение длины между центрами соединений, называемое DELTA_DIAGONAL_ROD, должно получиться 242 мм, но в реальности получилось 245. Шарики же я крепил к родным кареткам и эффектору вот такими установочными винтами М3x20 мм с внутренним шестигранником:
04.jpg
04.jpg (68.91 КБ) 96 просмотров
Но тут есть небольшая сложность, т.к. имеющиеся у меня шарики имеют внутреннюю резьбу М4. Чтобы не печатать новые каретки и эффектор или же не покупать новые шарики с резьбой М3, я решил намотать имеющуюся у меня проволоку сечением 0,3 мм на часть резьбы винта, и тогда он почти идеально вкручивается в резьбу М4 шарика. Почему почти, потому что при упоре он хоть и с усилием, но прокручивается в шарике, поэтому для надежности перед вкручиванием я добавил того же эпоксидного клея на соединения, также можно использовать, например, суперклей.
05.jpg
05.jpg (4.47 МБ) 96 просмотров
Не смотря на то, что намотка кажется очень рукожопной, ее оказалось достаточно для весьма качественного на вид и твердого соединения. И через те же 12 часов (трубки и шарики клеил в одно время) я уже вкрутил их в каретки и эффектор до упора, просто руками. Оставалось дело за малым - подобрать подходящие по усилию пружины и скрепить ими пары диагоналей. Пружины я нашел из набора, который когда-то очень давно заказывал здесь
Установил всю конструкцию на свои места
06.jpg
06.jpg (5.8 МБ) 96 просмотров
И далее приступил к правке конфига прошивки. Я пользуюсь Marlin 2.0 (на плате SKR v1.3 с драйверами TMC 2130 через SPI от большого дерева), соответственно в файле Configuration.h установил новые значения такие:

// Print surface diameter/2 minus unreachable space (avoid collisions with vertical towers).
#define DELTA_PRINTABLE_RADIUS 100 // (mm) (до этого было 120)
// Center-to-center distance of the holes in the diagonal push rods.
#define DELTA_DIAGONAL_ROD 245 // (mm) (до этого было 267)
// Horizontal offset from middle of printer to smooth rod center.
#define DELTA_SMOOTH_ROD_OFFSET 173 // (mm) (до этого было 186)
// Horizontal offset of the universal joints on the end effector.
#define DELTA_EFFECTOR_OFFSET 31 // (mm) (без изменений)
// Horizontal offset of the universal joints on the carriages.
#define DELTA_CARRIAGE_OFFSET 20.6 // (mm) (без изменений)
// Horizontal distance bridged by diagonal push rods when effector is centered.
#define DELTA_RADIUS (DELTA_SMOOTH_ROD_OFFSET-(DELTA_EFFECTOR_OFFSET)-(DELTA_CARRIAGE_OFFSET)) // (mm) Get this value from G33 auto calibrate (без изменений)

Собственно, на этом и все изменения.
При самом первом запуске принтера с новыми диагоналями при попытке автокалибровки в какой-то момент каретка уперлась в нижний ограничитель, и эффектор эффектно слететел с диагоналей:)
Но я сразу же понял свою ошибку - забыл сбросить EEPROM после перепрошивки. После сброса принтер успешно откалибровался. Далее я начал наблюдать крепления в работе и пришел к выводу, что необходимо исключить вращения диагоналей вокруг своей оси, чтобы минимизировать риск слёта в крайних положениях осей. Это можно сделать, попарно зафиксировав диагонали между собой. В принципе, эту функцию частично выполняют стягивающие пружины, но, т.к. я торопился из-за нетерпения и изготовил всего-лишь вторую ревизию, мне пришлось додумывать дополнительное крепление посередине пар диагоналей, которое бы исключало их собственное вращение. Хотя этого можно было и не делать, всего лишь увеличив длину вылета "ушек" крепления стягивающей пружины. Но для меня на данном этапе уже поздно, следующий этап - полная модернизация:) Пока что обхожусь дополнительными креплениями, которые зажимаются вокруг трубки и стягиваются пружинами, что и изображено на рендере в начале статьи. Там же изображены и следующие уже смоделированные ревизии шарниров, которые я хочу попробовать в дальнейшем по мере наличия свободного времени.
07.jpg
07.jpg (4.47 МБ) 96 просмотров
Кстати, преимущество эпоксидного клея здесь заметно: при воздействии большой температуры он плавится, при остывании так же твердеет, и таким способом возможно менять напечатанные шарнирные крепления, не покупая новые трубки. Мне уже пришлось этим воспользоваться - случайно уронил одну диагональ и наступил на нее, напечатанный наконечник обломался. Подержав конец трубки над зажигалкой, я без проблем вставил новую деталь, даже не добавляя нового слоя клея. Сама трубка при воздействии открытого огня не оплавилась и не разрушилась.

Что дальше? Принтер работает, печатает хорошо и полностью удовлетворяет меня своей работой. На момент написания этой статьи он отпечатал около 30 часов на этих новых диагоналях. Видимых люфтов и дефектов не обнаружено. Конечно же, соединения я смазал литолоподобной смазкой, что шла в комплекте с принтером, иначе при работе издается неприятный пластиковый скрип.

Первым делом был напечатан XYZ куб. Качество меня вполне удовлетворило, с учетом временно неработающего на том моменте обдува слоев. Тот же PETG пластик, слой 0.2, ширина 0.4, температуры стола/хотэнда 80/230, скорость 60:
08.jpg
08.jpg (3.49 МБ) 96 просмотров
Соответствие реальным физическим размерам меня приятно удивило, ожидал гораздо более худшего результата с первого раза:
09.jpg
09.jpg (147.92 КБ) 96 просмотров
Мини ваза со стенкой 1.2 мм, те же параметры печати, скорость 100 мм/сек:
10.jpg
10.jpg (258.94 КБ) 96 просмотров
И еще немного напечатанных моделек. Слой высотой 0.2 (у домика 0.24), температуры те же, скорости: собака и кубы 60 мм/с, гироид 80, ваза 100, домик 120 мм/с.
11.jpg
11.jpg (4.84 МБ) 96 просмотров
Подведу итоги.
Если говорить конкретно о той конструкции, которая установлена у меня сейчас, то:
Плюсы:
- дешевизна изготовления и замены (трубки 250 руб за 6 штук, шарики можно купить отдельно примерно за 170 рублей, например здесь , винты примерно 60 руб., эпоксидный клей 150 за упаковку смола+отвердитель, себестоимость печати, ну и пружины - здесь может быть и бесплатно, может и дорого, кто что найдет)
- простота конструкции, быстрота разборки и замены
- быстросъемность - например, гораздо комфортнее можно обслуживать хотэнд
- отсутствие люфтов
- долговечность - покажет время, но в любом случае есть первый пункт...
Минусы:
- необходимость смазывать, подбирать подходящие пружины
- в крайних положениях осей пружина цепляется за узел ремня. Вроде бы не мешает ничему, да и вкрайних положениях у меня принтер был пока что только при автокалибровке, но не приятно все равно. Нужно делать шарниры чуть длиннее.
12.jpg
12.jpg (4.21 МБ) 96 просмотров
- при диагоналях 245 мм область печати снижается до 210-215мм. Я указал 200 с запасом, но пока что печать таких крупных деталей в планах не стоит. Нужно делать шарниры подлиннее, либо заказывать трубки длиннее.

На этом пока все. Небольшое видео самого процесса печати:


Спасибо всем, кто дочитал.
Все модели доступны для скачивания в STL, а также сам проект Fusion360 (.f3d):
Страница проекта на Thingiverse - https://www.thingiverse.com/thing:3701502

Ответить